Crédit : Institut de physique de Leiden
La topologie est un domaine émergent dans de nombreuses disciplines scientifiques, menant même à un prix Nobel de physique en 2016. Le physicien de Leyde Marcello Caio et ses collègues ont maintenant découvert l'existence de courants topologiques par analogie avec les courants électriques. Leurs recherches sont publiées dans Physique de la nature .
Les gens attribuent des propriétés aux objets tels que la couleur, température et phase — gazeuse, liquide ou solide. Par exemple, un point précis de la surface d'un beignet est brun, solide et à température ambiante. Les propriétés topologiques sont différentes. Ils contiennent des informations sur l'ensemble de l'objet. Par exemple, un beignet a un trou. Il est impossible de compter le nombre de trous en se concentrant sur une partie précise du beignet. Vous devez le considérer dans son ensemble. La topologie s'est avérée importante dans de nombreux domaines scientifiques. En 2016, par exemple, les travaux sur la topologie ont été récompensés par le prix Nobel de physique.
L'indice de Chern en est un autre, bien que très abstrait, quantité topologique. C'est un cas particulier en topologie. Récemment, il a été découvert que l'indice de Chern a une densité, appelée marqueur de Chern. Cela donne des informations sur la topologie d'un système entier même en regardant simplement au niveau local. La ligne continue de la figure 1 montre la distribution spatiale du marqueur de Chern, où chaque point local a sa propre valeur. (Notez que ce graphique n'aurait aucun sens pour une propriété globale comme le nombre de trous dans un objet.) Les points locaux doivent cependant respecter une règle au niveau global :la moyenne de toutes les valeurs locales doit toujours être zéro.
Le physicien de Leyde Marcello Caio, avec une équipe de scientifiques du Royaume-Uni, a maintenant découvert que si vous perturbez un système, les valeurs locales de Chern se répartiront en s'écoulant des limites vers l'intérieur du système. En revanche, les propriétés topologiques globales sont robustes contre les perturbations :le nombre de trous dans un beignet ne change qu'après une grosse bouchée. Dans la figure 1, une perturbation provoque le remodelage du graphe pour continuer à respecter l'exigence selon laquelle son intégrale doit être nulle. Caio et ses collègues ont découvert que cela ne se produit pas instantanément, il doit donc y avoir un flux du marqueur Chern à travers le système. Ceci constitue le courant topologique, par analogie avec un courant électrique conventionnel.
Trois graphiques pour la distribution spatiale (y) du marqueur de Chern (c) à différents moments. La ligne continue montre l'état initial lorsqu'une petite perturbation a lieu sur les bords. Les deux lignes pointillées montrent la distribution du marqueur Chern après un certain temps. Il est clair que la perturbation s'écoule (non instantanément) vers le milieu. Cela signifie que nous regardons un courant topologique.
Caio dit, « Dans un futur lointain, cela pourrait permettre le développement de nouveaux dispositifs basés sur des courants topologiques en plus des courants électriques. Il existe de nombreuses pistes de recherche dans ce sens. Existe-t-il d'autres façons de créer ce courant? Pouvons-nous les diriger ? Il y a beaucoup de possibilités passionnantes."
